基于多楔带传动的喷杆平衡控制研究

发布时间：2020-10-16 07:44

　　 本文根据国内外研究现状,针对喷杆转动控制问题设计了一种基于多楔带传动的喷杆平衡控制系统。该系统由超声波检测系统、PLC控制系统和多楔带传动系统三部分组成。为了保证多楔带传动精度建立了多楔带传动系统动力学模型,研究多楔带纵向动刚度和阻尼对传动精度的影响;为了保证喷杆平衡检测精度设计了超声波传感器检测系统,研究各影响因素对超声波传感器测距精度的影响。最终,通过阶跃试验研究了系统的动态性能,确定了系统的启动阈值;通过田间试验研究了系统对喷杆平衡的控制效果,获得了系统最佳参数组合。主要研究工作包含以下几个方面:(1)喷杆平衡控制系统设计针对喷杆转动控制问题,在现有喷雾机上设计了一种基于多楔带传动的喷杆平衡控制系统。给出了喷杆平衡检测原理、多楔带传动系统结构和控制系统整体结构,并根据控制系统结构组成对主要硬件进行了优选,根据控制要求对控制程序和控制电路进行设计,总体上完成喷杆平衡控制系统的软硬件设计。(2)多楔带传动系统动力学建模建立多楔带传动系统动力力学模型,研究多楔带纵向动刚度和阻尼因子对传动精度的影响,获得传动系统中多楔带轮转角和喷杆转角之间的关系。主要结论为:当步进电机转动频率不大于6Hz时,对应多楔带三个安装位置,多楔带轮输入转角1θ和喷杆输出转角4θ之间传动关系分别为:41(28)20θθ,41(28)16θθ,41(28)12θθ。这三种转角传动关系,为后文步进电机控制脉冲的个数计算提供依据。(3)喷杆平衡检测精度的影响因素试验研究设计超声波传感器检测系统,研究不同反射平面、相对运动和波束角对超声波传感器检测喷杆平衡的影响。主要结论为:(1)作物冠层疏密度和平整度对超声波传感器的测距精度影响较大。为了减小不同作物冠层特性对喷杆平衡检测精度的影响,可以将地面作为超声波传感器的反射平面。此时,为了防止作物枝叶对超声波传感器测距精度的干扰,需在喷杆上对应位置安装分行器,以确保超声波打到地面。(2)在喷雾机行驶速度范围内,超声波传感器测量平均值与实际距离值最大误差0.689cm,测量值最大样本方差为0.165cm,并且这一结果还是在不考虑喷雾机底盘振动的情况下获得的,所以超声波传感器相对运动对喷杆平衡检测精度的影响很小。(3)超声波传感器偏转角在[-12°,+12°]范围内变化时,测距误差很小。偏转角在[-13°,-15°]和[13°,15°]范围内变化时,测距误差迅速增大。但是,由于喷杆的转动角度一般在[-5°,+5°]范围内变化,所以超声波传感器波束角对喷杆平衡检测精度的影响很小。(4)喷杆平衡控制效果试验研究设计阶跃试验研究喷杆平衡控制系统的动态性能,确定系统的启动阈值。设计田间正交试验研究不同系统参数对喷杆平衡控制效果的影响。具体结论为:(1)喷杆平衡控制系统可以有效的减小阶跃激励信号对系统稳定性的影响,试验获得系统的最佳启动阈值为?(28)cm5。(2)田间正交试中喷杆平衡控制系统能够实现喷杆平衡的控制,减小地面起伏造成的喷杆转动。在多楔带安装位置、电机转速和多楔带中预紧力三个因素中电机转速对喷杆平衡控制效果影响最大。系统最佳因素组合下,可将喷杆转角控制在[-0.63°,+0.63°]范围内。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S491
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章：绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 喷杆的主要运动形式及造成喷杆运动的因素
        1.2.2 喷杆运动对雾滴沉积的影响
        1.2.3 喷杆运动的检测方法
        1.2.4 喷杆运动的控制方法
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本章小结
第二章：喷杆平衡控制系统设计
    2.1 喷杆式喷雾机整机结构特点
    2.2 喷杆平衡检测原理
    2.3 多楔带传动系统
    2.4 喷杆平衡控制系统
        2.4.1 控制系统结构组成
        2.4.2 控制系统硬件选型
        2.4.3 控制系统的供电电路
        2.4.4 控制系统软件设计
    2.5 本章小结
第三章：多楔带传动系统动力学建模
    3.1 多楔带传动系统结构组成
    3.2 建模
        3.2.1 运动方程
        3.2.2 多楔带张力分析
        3.2.3 多楔带各段带长
        3.2.4 传递函数
    3.3 本章小结
第四章：喷杆平衡检测精度的影响因素试验研究
    4.1 喷杆平衡检测精度的影响因素
    4.2 超声波测距检测系统
    4.3 不同反射平面对超声波测距精度的影响
        4.3.1 检测方案
        4.3.2 检测结果
        4.3.3 结果分析
    4.4 相对运动对超声波测距精度的影响
        4.4.1 检测方案
        4.4.2 检测结果与分析
    4.5 波束角对超声波测距精度的影响
        4.5.1 检测装置
        4.5.2 检测结果与分析
    4.6 本章小结
第五章：喷杆平衡控制效果试验研究
    5.1 喷杆平衡控制系统
    5.2 阶跃试验
        5.2.1 阶跃信号设计
        5.2.2 试验参数
        5.2.3 试验结果与分析
    5.3 大田试验
        5.3.1 试验设计与试验参数
        5.3.2 试验结果与分析
    5.4 本章小结
第六章：结论与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢
硕士期间取得的成果

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本文编号：2842970